基于Fluent的水泵流动区域的CFD数值计算模型文档格式.docx

基于Fluent的水泵流动区域的CFD数值计算模型文档格式.docx

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1.叶轮进口段，2.叶轮内流动域，3.泵体前腔，4.泵体后腔，5.泵体（涡壳）

某型号纸浆泵计算模型

下图为某型号低比速离心泵计算模型，包括：

1.叶轮内流动域，2.泵体（涡壳）。

模型作了简化，没有考虑腔体中的流动。

某型号低比速离心泵计算模型

下图为某型号的循环泵全流场计算模型，包括所有的流动区域。

某型号循环泵计算模型

计算模型的造型是CFD工作中非常重要的一部分，由于造型可能影响到网格划分和网格生成质量，因此，科学合理的造型将达到事半功倍的效果。

网格划分

GAMBIT2.2.30。

计算模型导入步骤

File--Import,见下图。

导入计算模型,轮廓图见下图。

a面合并界面b网格分界面c网格质量检查

模型处理好后,分别对流动区域进行网格划分

通常,叶轮和泵体的几何现状不规则，运用T-Grid类型进行网格划分，网格间距根据模型大小和计算机性能配置进行设置，一般取1-10.

在进行全流场计算时，您可以在口环、涡壳隔舌、压力梯度大的区域进行局部加密，局部加密时，需要注意网格变化不能太剧烈。

为了提高计算精度和粘性底层的影响，先画好边界层网格，再画体网格。

在FLUENT中，您可以根据计算的结果，用Adapt-Gradient对压力梯度大的区域进行加密，如下图所示。

在这个过程中，网格网格划分可可能出现各种各样ERROR，您需要耐心的寻找问题的根源，修改模型。

网格检查界面见上图。

网格划分在数值计算中约占到70%的工作量，也是对计算精度影响最大的因素之一，详细的网格划分技术请参考相关教程。

边界条件

边界条件设置

1.设置体的类型

比如FLUID,SOLID.见下左侧图。

水泵的流动域都为流体。

故设置为FLUID。

运用动静参考系处理旋转叶轮和静止泵体的耦合问题。

叶轮：

设置为运动参考系

泵体和其他流动域：

设置为静参考系

2.设置面的边界条件

（1）泵的进口

一般来说定流量，计算扬程的时候，设置为速度进口。

若根据扬程，计算流量，设置进口和出口的压力，也就是说设置进口压力条件和出口压力条件。

（2）泵的出口

通常使用的是OUTFLOW和PRESSUREOUTLET.

（3）叶轮表面

设置为壁面wall.

（4）泵体和其他静止部件的壁面

（4）泵体和泵体耦合面

若叶轮和泵体进行装配的（具有两个面）,分别设置为INTERFACE.

若叶轮的泵体的水体是一个体,可以用面SPLIT,生成一个面,默认为interior.

设置流动域流体属性

a设置流动域流体属性

b设置面边界条件

（一）

c设置面边界条件

（二）

设置面边界条件

（二）

文件保存与输出

网格文件可以保存为DBS格式，该格式可以对模型做修改。

导入FLUENT文件，请输出mesh格式，见下图所示。

FLUENT傻瓜操作

FLUENT6.2.16

计算类型：

三维定常叶轮涡壳耦合计算

说明：

没有考虑泵腔中的流动和容积损失。

导入mesh格式网格文件

File---Read---Case--选择你要导入的文件

检查check

如下图所示，观测数据与您的模型是否一致，检查是否有负体积存在，存在负体积的网格一般很难收敛。

面网格显示

光顺网格

Grid--Check

点击Smooth和Swap，直到0remainingiteration和numberfacesswapped:

0。

设置单位

Grid--Scale，一般都转换为mm

设定转速单位

Define-Unit

选择湍流模型

Define--Models--Viscous

若不考虑传热，不需要对能量方程进行设置，直接默认。

对于不可压流体，solver不需要设置，直接使用默认的隐式求解。

Model项只需要对湍流模型进行设置，其他的全部默认。

设定流体属性

Define--Materials--FluentDatabase

FLUENT的计算需要与工程实践相结合，对于某种类型的模型需要积累成熟的网格划分和边界条件设置经验。

并不是说，对于单个泵计算误差绝对小于95%。

个人认为，对于水泵来说，目前很难做到这一点。

设定边界条件

1.叶轮内流体

运用动静参考系解决运行叶轮和泵体间的动静耦合问题。

叶轮内流体设置为旋转坐标系，设置转速n,比如n=3500rpm,2900rpm等。

运动方向运用右手法则判定。

2.涡壳（泵体）内流体

涡壳内流体设置为静止。

3.叶轮进口

一般来说，定流量，计算扬程的情况，进口采用速度进口。

设置如下图。

3.叶轮出口

叶轮出口通常采用自由出流条件，存在明显回流影响收敛的情况下，一般采用压力出口。

3.叶片表面

设置为wall，相对于叶轮为静止。

可以设置表明粗糙度。

交接面设置

Define--Gridinterface

松弛因子设置

Solve--Control--Solution

一般来说，采用默认值。

若难收敛，或者收敛不理想，可以把松弛因子调小。

一般采用一阶计算收敛后，再调整为二阶计算，这样收敛相对理想一些。

残差监控

Solve--Monitors--Residual

设置收敛精度，一般设置为1e-06.

为了准确判定收敛，对于定场计算，给定速度进口时，监控进口和出口总压，当进口和出口总压恒定时，认为已经收敛。

如果进出口设置得为压力边界条件，监控流量，当进口和出口流量恒定时，认为已经收敛。

初始化

采用进口速度值，进行初始化。

Solve--Initialize--Initialize

迭代设置

Solve--Iterate

残差图

网格划分界面

创建ISO面

Surface--Iso-surface

创建中截面，或者其他您需要后处理的面。

压力云图

Display--Counters

选择Pressure--StaticPressure

湍动能云图

选择Turbulence...--TurbulenceKineticEnergy

速度显示

1.叶轮内相对速度

Display--Vectors--RelativeVelocity

2.涡壳（泵体）内速度

Display--Vectors--Velocity

性能预测

1.报告进出口压力

Report--SurfaceIntegrals--Area-WeightAverage

2.报告叶轮作用力矩

Report--Force--Moment

外特性计算

1.在FLUENT中，流场中某一点的总压定义为

使用FLUENT中面积分的功能，求出泵进口和出口的总压。

利用伯努利方程，预测出泵的扬程。

2.扬程计算公式

3.叶片消耗功率

使用FLUENT中力矩报告功能，求出叶轮对旋转轴z的力矩，则数值计算中的叶轮输入功率为

4.水力效率

数值计算时没有考虑容积损失和圆盘摩擦损失等机械损失，需要对FLUENT计算出来的结果进行修正。

这需要计算经验和工程实践。

tecplot

选取您需要后处理的点、线、面、体的数据输出为Tecpol格式进行处理.

File-Export

后处理案例

云图

等值显图

Tecplot操作请参考相关教程，本节只作为一个导向。